Расчет и построение прибылей

Типы прибылей

Определение размеров элементов литниковой системы имеет большое технико-экономическое значение, так как правильно назначенные размеры литниковой системы позволяют обычно уменьшить расход металла на литники, выпоры, снизить брак отливок.

Для расчета литниковой системы используются различные зависимости, основанные на законах гидравлики, эмпирические формулы и номограммы и сводятся они к определению суммарной площади поперечных сечений узких мест- питателей. Основной формулой для расчета ΣF_{пит .} по способу Озана- Диттерта является:

ΣF_пит. , (1)

где Q – масса всех отливок в форме, включая прибыли; ρ – плотность жидкого металла; t - продолжительность заливки формы; v - скорость истечения металла; μ- коэффициент расхода металла, 0<μ<1; g - ускорение свободного падения; H_P – расчетный статический расчет.

Время заполнения формы τ можно рассчитать по формуле

Τ= Аδ^mQⁿ, (2)

где δ- преобладающая толщина стенки отливки (мм); А, m, n - коэффициенты, значения которых приведены в табл. 2.

Таблица 2

Значения коэффициентов A, m, n для различных сплавов.

Сплав*	A	m	n
Чугун*	1,630-2,2		0,5
Чугун**		0,334	0,334
Сталь**	1,5	0,334	0,334
Алюминий**	1,7-3	0,334	0,334
Магний**	2,3-45	0,334	0,334

^* По данным Г. Дитерта

^** По данным Г. М. Дубицкого.

Время заливки часто рассчитывают по формуле

, (3)

где принято n=m=0,334.

Коэффициент расхода μ- отражает суммарные гидравлические потери. В табл. 3 приведены его значения.

Таблица 3.

Коэффициент расхода μ для различных форм и сплавов

Форма	Чугун	Сталь
Мелкая	0,6/05	0,5/0,42
Средняя	0,48-0,42	0,38-0,32
Крупная	0,41/0,35	0,3/0,25

Примечание. В числителе приведены данные для сухой формы, в знаменателе – для сырой.

 

Наибольшее влияние на коэффициент расхода μ оказывает конструкция литниковой системы, ее сложность, характер местных сопротивлений, число поворотов и др. Влияние же на него самой рабочей полости незначительно. Для корректировки имеет место ряд практических рекомендаций. Так, например, по мере перехода от нижних к верхним литниковым системам коэффициент μ увеличивается.

Напор H_P зависит от способа заливки, типа литниковой системы, положения отливки в форме и др. факторов. Для определения напора при заливки через литниковую чашу надо учитывать уровень металла в чаше, а при заливке через воронку- уровень металла в ковше. Обычно величина напора металла в процессе заполнения формы меняется в значительных пределах. Для очень распространенного случая подвода металла по разъему формы H_P, рис. 13, можно рассчитать по формуле:

, (4)

где H₀ - первоначальный максимальный напор, см; Р- расстояние от самой верхней точки отливки до уровня подвода, см; С - высота отливки (по положению при заливке).

 

Рис. 13. Схема литейной формы к расчету напора Нр при подводе металла по разъему формы

 

При заливке металла из поворотного ковша, рис. 14, часть формы, расположенная ниже уровня подвода металла заполняется при постоянном напоре Н₀, а часть, расположенная выше уровня подвода металла- при переменном напоре, изменяющемся от Н₀ до (Н₀ – Р). Поэтому в формулу введен средний напор Н_Р. При заливке формы через литниковую воронку расчетный статический напор определяется по формуле:

, (5)

где Н₀ - расстояние от оси питателей до верхней кромки опоки верха; Н₁ - расстояние от верхней кромки верхней опоки до уровня металла в поворотном ковше.

По найденному значению суммарной площади сечения питателей ΣF_пит. находят площадь сечения шлакоуловителя F_шл. и стояка F_ст. по следующим соотношениям:

– для тонкостенных отливок ΣF_пит.: ΣF_шл.: F_{ст .} =1,0: 1,06: 1,1;

– для отливок массой до 1000 кг: ΣF_пит.: ΣF_шл.: F_{ст .} =1: 1,1: 1,50.

Расчет и построение прибылей. Прибыль- это часть литниково-питающей системы, предназначенная для устранения в стальных отливках усадочных раковин и пористости. Эта особенность технологии литья присуща литейным сплавам с большой объемной усадкой и требует обеспечения направленного затвердевания отливок. Для обеспечения направленности можно использовать наружные и внутренние холодильники. Направленность затвердевания можно проверить методом вписанных окружностей, которые должны свободно выкатываться из нижних сечений отливки в верхние и далее в прибыль.

 

 

Рис. 14. К определению расчетного статического напора при заливке формы через воронку из поворотного ковша

Расчет и построение прибылей основаны на принципах, сформулированных В.Е. Грум-Гржимайло, а именно:

– прибыль должна затвердевать позже питаемого ею узла отливки;

– объем прибыли (V_пр.) должен быть достаточным для питания усадки теплового узла отливки;

– высота прибыли (Н_пр.) должна быть достаточной для размещения в прибыли усадочной раковины.

При проектировании технологии питания отливки технолог должен:

– в соответствии с назначенным расположением отливки в форме при заливке и затвердевании определить места установки прибылей;

– определить число прибылей и их размеры.

Для решения первой задачи анализируют технологический чертеж детали и определяют тепловые узлы, в которых возможно образование усадочных раковин при данном положении отливки в форме и конструкции литниковой системы. Назначают места установки прибылей и их тип: открытые, закрытые, прямые, отводные и др. Наиболее простой способ расчета прибылей был предложен Й. Пржибылом (Чехословакия). Опытным путем он установил, что объем усадочной раковины(V_р.) составляет обычно 1/10 объема прибыли открытой(V_пр.) и 1/8-прибыли закрытой. Усадочная раковина в прибыли образуется за счет расхода металла из прибыли на питание усадки отливки и усадки металла в самой прибыли

V_р.=β V_отл.+ β V_пр.,

где β - коэффициент объемный усадки металла, β ≈ 3ε _л; ε _л - линейная усадка металла; V_отл. - объем питаемого узла отливки.

Поскольку V_р =α V_пр, где α = 1/8 или 1/10 в зависимости от типа прибыли, то α V_пр = β V_отл + β V_пр;

Решая это уравнение относительно V_пр, находим

V_пр = V_отл. (6)

Площадь основания прибыли F_{осн.пр .}, примыкающая к примыкаемому узлу отливки, рекомендуется принимать более площади F_отл. сечения питаемого узла отливки в месте установки прибыли

F_осн.пр.=(1,2÷1,3) F_{отл. .}

Зная объем V_пр. и площадь F_{пр. ,} определяют ее высоту

. (7)

Рассмотренный метод расчета приближенный.

Достаточной надежностью и относительной простотой отличается, и такой метод расчета диаметра цилиндрической прибыли по формуле

, (8)

где K - коэффициент ; H – высота прибыли; x - отношение объема прибыли к объему осадочной раковины; ε- коэффициент объемной усадки сплава (в жидком и твердожидком состоянии); V₀ - объем питаемого узла отливки. Значения K и x приведены в табл. 4.

Таблица 4

Значение коэффициентов Н/D, K и x

Тип прибыли	Н/D	K	x
Работающая под давлением:
– ниже атмосферного (без стержня и выступа)		1,15
– атмосферным (со стержнем или выступом)	1,2	1,07	7,5 - 9
– выше атмосферного	1,3	1,04	5,5 – 7,5
Открытая	1,1	1,11	9 -12
– теплоизолирующая	1,4	1,01	4 – 5,5
– экзотермическая	1,5	0,985	3 – 4

 

Вопросы для самоконтроля

1. Какова методика расчета литниковых систем по способу Озана-Диттерта?

2. Какие основные конструктивные элементы формируют литниковую систему?

3. Каково различие литниковой чаши и литниковой воронки?

4. Что такое прибыль и ее назначение в процессе формирования отливки?

5. Какие отличительные признаки прибылей работающих по газовым и атмосферным давлением?

6. Какие особые отличительные свойства присущи экзотермическим прибылям?

7. Какая форма прибыли является оптимальной по условиям ее питающей способности?

8. Назначение зумпфа в литниковой системе и какие элементы литниковой системы к нему примыкают, и какие из него исходят?

 

 

Лекция № 7